水泥固化鄱陽湖疏浚土試驗研究

王宇姣,柴新軍，鄧衛平，王世波，張紅

（1東華理工大學建筑工程學院，江西南昌 330013；2東華理工大學水文地質學院，江西南昌 330013；3浙江省工程勘察院，浙江舟山 316000）

0 引言

鄱陽湖是中國第一大淡水湖，也是中國第二大湖。價值所在不僅僅表現在經濟方面，更重要的是它對生態及環境的影響。近年來，隨著經濟及基礎建設的飛速發展，鄱陽湖流域由于疏浚湖泊、河流清淤等產生了大量疏浚土。由于疏浚土的高含水量、高壓縮性、低滲透性及低強度等問題，從巖土工程的角度來看，疏浚土屬于不良軟弱土。因此，長期以來被大量堆棄，不僅占用大量生產建設用地，而且污染環境。軟弱土地基經過處理，不用再建深基礎，防止了各類坍塌、下沉、傾斜等惡性事故發生，確保了上部基礎和建筑結構的使用安全和耐久性，具有巨大的技術和經濟意義。所以采用固化劑對軟粘土進行固化，水泥土通常情況下與土性質較接近，一般會產生剪切破壞[2]。黃新等(1994、1995)認為水泥土的強度主要來自水泥水化所產生的水化硅酸鈣(C-SH)等水化物的膠結作用，而鈣礬石(AFt)的作用卻是不確定的，C-S-H和AFt生成量的多少，受到土體本身以及摻入的固化劑兩方面的影響。高國瑞等(1996)分析了水泥固化軟土的作用機理，由于不同的粘土礦物所消耗的水泥量不同，因此軟土的成分決定著水泥摻量的多少。Shirazils認為石灰和粉煤灰的混合物可以消除由于水泥土干縮而容易引起的開裂；Bell在水泥和石灰中分別添加PFA對其加固粘土的效果進行了研究；Millerl等對水泥窖粉塵(CKD)加固處理土體的性能進行了研究。本文通過大量的室內試驗研究了水泥摻入比，含水率，水灰比，養護條件等的強度規律和變形規律。

1 試驗材料

該實驗采用江西省鄱陽湖區域湖底疏浚土作為實驗原料土，原料為現場采集后立即用塑膠桶盛裝、密封，置于實驗室陰涼處。每次實驗前均檢測其含水量有無變化，用完立即密封。水泥采用強度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥，拌和水選用蒸餾水.

根據實驗研究土樣的物理力學指標如表1所示。

表1 物理力學指標

試驗方法如下：

（1）將土樣從土樣桶中取出，在105～110℃溫度下烘干，將碾散的風干土樣過2mm的篩，取篩下足夠試驗用的土樣，裝入保濕缸備用。

（2）根據試驗設計的水泥摻入量分別計算出風干土中所需的水泥用量，將風干土與水泥放入容器中充分攪拌均勻。

（3）把攪拌均勻的混合物，分三次填入內徑為61.8mm，高度為20mm的環刀內壓實，置于陰涼處24h脫模。

（4）放置在標準養護箱內養護7d，養護箱溫度為±20℃，濕度為92%。

2 試驗結果分析

2.1 水泥對軟粘土強度變化規律的影響

在含水率35%，水灰比0.5，養護條件為恒溫恒濕養護箱，齡期7d的試驗條件下，隨著水泥摻量的變化黏聚力也在變化（圖1）。

圖1 水泥對軟粘土強度變化規律的影響

圖1為采用多項式曲線函數對其進行回歸分析。從圖中可以看出隨著水泥摻量的增加，黏聚力在逐漸增大，水泥摻量在5%～20%之間黏聚力的增長幅度基本沿直線增長，當水泥摻量超過20%時黏聚力也在增大，但是增長幅度比較緩慢。

2.2 含水率對水泥土力學性質的影響規律

水泥摻入比15%，水灰比0.5，養護條件為恒溫恒濕養護箱，齡期7d的試驗條件下，隨著含水率的變化水泥土抗剪強度的變化見圖2。

圖2 含水率對水泥土力學性質的影響規律

圖2為采用多項式曲線函數對其進行回歸分析，從圖中可以看出在含水率低于27%時黏聚力處于下降的趨勢，這是由于固化劑在發生水化反應時會消耗大量的水，當含水率低于27%時固化劑水化反應不充分，使得強度降低，當含水率超過27%時，隨著含水率的增加黏聚力逐漸減小。所以采用水泥做固化劑時含水率的最佳控制點應在25.30%～30%范圍內。

2.3 水灰比對水泥土力學性質的影響規律

水泥摻入比15%，含水率35%，養護條件為恒溫恒濕養護箱，齡期7d的試驗條件下，水灰比對壓縮系數的影響見圖3。

圖3 水灰比對水泥土力學性質的影響規律

圖3為采用多項式曲線函數對其進行回歸分析，從圖中可以看出在水灰比為0.5時的壓縮系數處于最低點，水灰比在0.4～0.5時隨著水灰比的增加壓縮系數逐漸減小，水灰比在大于0.5時，隨著水灰比的增加壓縮系數在逐漸增大，由此我們可以得出壓縮系數受水灰比的影響，對于不含有機質的疏浚土水灰比為0.5時，壓縮系數最小，抗壓強度最大，是最佳水灰比。

2.4 養護條件對水泥土力學性質的影響規律

表2 養護條件對水泥土力學性質的影響規律

從表2中可以看出，在不同的養護條件下，水泥土的黏聚力和內摩擦角存在比較明顯的差異，在自然養護下水泥土的黏聚力最大，在恒溫恒濕的養護條件下黏聚力最小。

3 結論

（1）隨著水泥摻量的增加水泥土的強度也在增加，當水泥摻量高于一定限度時增加緩慢，影響效果不明顯。

（2）含水率對水泥土強度有一定的影響，隨著含水率的增大抗剪強度逐漸減小。在水灰比為0.5時水泥土的壓縮系數最小。

（3）養護條件不同，水泥土的抗剪強度不同，在自然養護條件下水泥土的抗剪強度最大。

[1]荀勇.有機質含量對水泥土強度的影響與對策[J].四川建筑科學研究，2000，26(3):58-60.

[2]王珊珊，盧成原，孟凡麗.水泥土抗剪強度試驗研究[J].浙江工業大學學報，2008，36(4):456-460.

[3]肖武權，冷伍明.律文田深層攪拌法加固軟弱土層的室內實驗研究 [J].中南大學學報 (自然科學版)，2004，35(3):490-494.